CN115392181B - 基于外界边框设计的拼版设计方法、芯片及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于外界边框设计的拼版设计方法、芯片及终端，属于半导体集成电路制造技术领域，包括：计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率，得到多个最优有效芯片面积利用率MaxSAR，根据多个MaxSAR确定对应的最佳外界边框尺寸取值区间，最后将芯片版图数据放入外界边框中，输出流片拼版设计版图。本发明通过有效芯片面积利用率反向选择外界边框，进而使包含外界边框的流片拼版设计版图能够最大程度对晶圆面积进行有效利用，以此最大化降低了设计成本；同时，本发明跳出了目前版图设计仅在曝光面积内以及芯片面积利用率内评估方案性能的小维度，将整体的优化视野拓展到整晶圆层级维度，快速、准确且实用性强。

Description

基于外界边框设计的拼版设计方法、芯片及终端

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及基于外界边框设计的拼版设计方法、芯片及终端。

背景技术

集成电路拼版设计环节是在整个芯片制造生产过程中最后一个设计图形可变环节，一切芯片优化都需要在版图设计完成之前在版图设计图纸上完成一致表达。但囿于设计公司的版图设计优势集中于电路本身图形信息的面积利用优势，对拼版环节的优化能力较弱，常出现的低效情况为：虽然在芯片内部积攒了面积优势，但最终被拼版环节的面积被浪费压榨。

经理论分析指出，对外界边框设计进行优化能够有效提升晶圆面积利用率，然而目前并未提出具体技术方案。因此，找到一种有效的边框设计方法，助力版图面积实现进一步高效利用、节约更多成本，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供了一种基于外界边框设计的拼版设计方法、芯片及终端。

在一示例中，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于外界边框设计的拼版设计方法，所述方法包括以下步骤：

计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率SAR，进而得到多个最优有效芯片面积利用率MaxSAR，根据多个最优有效芯片面积利用率MaxSAR进而确定对应的最佳外界边框尺寸取值区间；

根据最佳外界边框尺寸取值区间生成外界边框的边界，并将芯片版图数据放入外界边框中，输出流片拼版设计版图。

具体地，外界边框为流片拼版设计版图对应的边框，用于放置芯片版图数据；有效芯片面积利用率SAR表征在芯片地图（流片拼版设计版图）上可以搜索的完整曝光面积占整晶圆面积的比率，即整晶圆的有效使用率。通过有效芯片面积利用率SAR能够有效量化每次流片的芯片使用效率，进而有效量化设计成本。最优有效芯片面积利用率MaxSAR指最大有效芯片面积利用率MaxSAR，最大有效芯片面积利用率MaxSAR一般对应多种不同的外界边框尺寸，将最大有效芯片面积利用率MaxSAR下对应的多个不同的外界边框尺寸由大到小进行排列得到最佳外界边框尺寸取值区间。

作为一选项，基于本示例所述最佳外界边框尺寸取值区间生成步骤建立一种外界边框的快速修正与反馈系统，能够快速输出最佳外界边框尺寸取值区间，进一步提升设计效率。同时，也可基于本示例所述方法建立拼版设计系统，通过计算主体执行本示例所述方法，进而快速输出流片拼版设计版图。

本示例中，本发明通过有效芯片面积利用率SAR反向选择外界边框，进而使包含外界边框的流片拼版设计版图能够最大程度实现对晶圆面积的有效利用，以此最大化降低设计成本；同时，针对目前版图拼版设计中未优化外界边框导致的晶圆面积无法充分利用的问题，以及基于人工对整个版图设计性能进行评审导致的效率低下等问题，本发明跳出了目前版图设计仅在曝光面积内以及芯片面积利用率内评估方案性能的小维度，将整体的优化视野拓展到整晶圆层级维度，快速、准确且实用性强。

在一示例中，计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率SAR前还包括：

在曝光面积允许的范围内，以预设步进遍历外界边框尺寸所有取值。其中，最大曝光面积为曝光机台上限值，因此外界边框尺寸最大为曝光机台允许的最大矩形框。根据不同设计精度需求，可对预设步进进行调整，外界边框的步进范围为0.01mm-1mm，优选为0.1mm。进一步地，本发明基于极限思维，以更小步进获取外界边框尺寸值，以得到SAR极值附近的骤变点，以优化输出的最佳外界边框尺寸取值区间。

在一示例中，有效芯片面积利用率SAR计算式为：

SAR=(n*Ses/Swc)*100%

其中，n表示整晶圆的完整曝光个数；Ses表示单次曝光区域，受限于曝光机台性能，外界边框内需多次曝光才能实现芯片的图形化；Swc表示整晶圆面积。本示例中，本发明对有效芯片面积利用率SAR进行定义，进而计算得出有效芯片面积利用率集合，并通过最优有效芯片面积利用率集合的最优值，优中选优，进一步得到最佳光掩膜版有效利用比率，以反向指导版图设计工作。

在一示例中，计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率SAR包括以下子步骤：

获取整晶圆的基础参数以及当前外界边框尺寸值；其中，整晶圆的基础参数为整晶圆半径、整晶圆面积。

计算完整曝光个数n，即计算外界边框内的完整曝光个数；

根据有效芯片面积利用率SAR计算式计算得出当前外界边框尺寸设计下有效芯片面积利用率SAR。

在一示例中，整晶圆的完整曝光个数n计算式为：

其中，i表示记录循环次数的变量；int表示向下取整；R表示整晶圆半径；x，y分别表示单次曝光区域的长度值和宽度值。本示例给出了整晶圆的完整曝光个数的计算思路，即先利用每次经过shot（单次曝光）边界的弦长，再计算每个弦长下单边的完整shot个数，最后累加得到整晶圆完整曝光个数n，进而快速、准确计算出有效芯片面积利用率SAR，便于快速、有效指导外界边框的生成，大大提高了整个版图设计工作效率。

在一示例中，所述方法还包括评价步骤：

所述单次曝光区域为曝光区域内芯片版图区域与强制预留图形区域之和，将强制预留图形面积占整体芯片版图面积的比例定义为PR，根据PR对芯片版图进行评价，能够进一步得出晶圆面积利用率，根据晶圆面积利用率大小进而输出最大晶圆面积利用率对应的最优芯片版图数据。

在一示例中，最佳外界边框尺寸取值区间为不同光掩膜版有效利用比率MFU取值下，相等面积对应的最佳外界边框尺寸取值区间。其中，光掩膜版有效利用比率MFU表示实际曝光范围占最大扫描场的比例，即单次曝光实际效率，一般单次曝光实际效率至少为50%，本发明中光掩膜版有效利用比率MFU的取值范围为50%-100%，以保证曝光效率较高、时间少，避免占用过多曝光资源，因此光掩膜版有效利用比率MFU是流片门槛，芯片版图设计（包括拼版设计）中需考虑该因素对流片的影响。进一步地，实际曝光范围为多颗裸芯片面积与划片槽面积之和。本示例中，引入光掩膜版有效利用比率MFU，得到不同光掩膜版有效利用比率MFU取值下的最佳外界边框尺寸取值区间，同时验证当前外界边框尺寸是否符合光掩膜版有效利用比率MFU。

在一示例中，输出流片拼版设计版图步骤前还包括：

根据实际放入外界边框中的芯片版图数据确认当前外界边框尺寸是否处于最佳外界边框尺寸取值区间，若否，根据最佳外界边框尺寸取值区间微调外界边框尺寸。由于独立芯片组合尺寸存在调整的可能，即芯片版图数据的尺寸存在变化的可能，因此本申请采取的是输出最佳外界边框尺寸区域取值的方法，而非直接输出最佳外界边框尺寸值，此时通过最佳外界边框尺寸取值区间能够有效指导外界边框的尺寸微调范围。同时，本示例在输出流片拼版设计版图前进一步确认外界边框与芯片版图数据之间的关系，避免由于独立芯片组合尺寸的影响导致外界边框无法有效适配当前芯片版图数据。

优选地，将上述示例进行组合，此时方法包括以下步骤：

建立外界边框的快速修正与反馈系统；

在系统中输入本次项目的全局环境定义参数，即光掩膜版有效利用比率MFU允许取值范围、整晶圆的基础参数、曝光面积区间等；

系统输出最佳外界边框尺寸取值区间；

根据最佳外界边框尺寸取值区间生成设计外界边框，放入芯片版图数据；

根据实际放入的芯片版图数据微调外界边框，确认是否处于最佳外界边框尺寸取值区间，若否，根据最佳外界边框尺寸取值区间微调外界边框尺寸，否则以当前外界边框输出流片拼版设计版图。

其中，建立的外界边框的快速修正与反馈系统执行以下步骤：

在光掩膜版有效利用比率MFU允许取值范围内，按照预设步进遍历其值所有可能性；

定义有效芯片面积利用率SAR计算式；

计算完整曝光个数n；

计算不同光掩膜版有效利用比率MFU取值下的最优有效芯片面积利用率MaxSAR对应的最佳外界边框尺寸取值区间。

需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

本发明还包括一种芯片，所述芯片根据上述任一示例或者多个示例组合形成的所述基于外界边框设计的拼版设计方法制备得到。

本发明还包括一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一示例或多个示例形成的所述的基于外界边框设计的拼版设计方法的步骤。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1.在一示例中，本发明通过有效芯片面积利用率SAR反向选择外界边框，进而使包含外界边框的流片拼版设计版图能够最大程度对晶圆面积进行有效利用，以此最大化降低了设计成本；同时，本发明跳出了目前版图设计仅在曝光面积内以及芯片面积利用率内评估方案性能的小维度，将整体的优化视野拓展到整晶圆层级维度，快速、准确且实用性强。

2.在一示例中，本发明对有效芯片面积利用率SAR进行定义，进而计算得出有效芯片面积利用率集合，并可以通过最优有效芯片面积利用率集合的最优值，优中选优，进一步得到最佳光掩膜版有效利用比率，以反向指导版图设计工作。

3.在一示例中，本发明给出了整晶圆的完整曝光个数的计算思路，进而快速、准确计算出有效芯片面积利用率SAR，便于快速、有效指导外界边框的生成，大大提高了整个版图设计工作效率。

4.在一示例中，本发明在输出流片拼版设计版图前进一步确认外界边框与芯片版图数据之间的关系，避免由于独立芯片组合尺寸的影响导致外界边框无法有效适配当前芯片版图数据；通过最佳外界边框尺寸的区域取值方案进一步微调外界边框尺寸，能够快速给出其他优选方案，对版图设计工作具有更大的指导价值。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一示例中的方法流程图；

图2为本发明优选示例中完整曝光个数n计算原理示意图；

图3为本发明优选示例芯片分布图。

图中：1-外界边框；2-芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用序数词 (例如，“第一和第二”、“第一至第四”等 )是为了对物体进行区分，并不限于该顺序，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在一示例中，如图1所示，一种基于外界边框设计的拼版设计方法，具体包括以下步骤：

S1’：计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率SAR，进而得到多个最优有效芯片面积利用率MaxSAR，根据多个最优有效芯片面积利用率MaxSAR进而确定对应的最佳外界边框尺寸取值区间；

S2’：根据最佳外界边框尺寸取值区间生成外界边框的边界，并将芯片版图数据放入外界边框中，输出流片拼版设计版图。

在一优选示例中，一种基于外界边框设计的拼版设计方法具体包括以下步骤：

S1：建立外界边框的快速修正与反馈系统，具体包括以下步骤：

S11：在光掩膜版有效利用比率MFU允许取值范围内，按照预设步进遍历MFU值所有可能性；

S12：定义有效芯片面积利用率SAR计算式；

S13：计算完整曝光个数n；具体地，如图2所示，完整曝光个数n计算式为：

其中，i是记录循环次数的变量，i的最大值等于半圆内不为0的弦长个数；当弦长d _i ≥0时，可基于上述上式计算得到每个弦长下的完整曝光个数n，最后累加得到完整曝光个数。

S14：计算不同光掩膜版有效利用比率MFU取值下的最优有效芯片面积利用率MaxSAR对应的最佳外界边框尺寸取值区间。

S2：在系统中输入本次项目的全局环境定义参数，即光掩膜版有效利用比率MFU允许取值范围、整晶圆的基础参数、曝光面积区间等；本示例中，全局环境定义参数为：MFU=（50%,100%），预设步进step设为1%；X=（13,20），预设步进step=0.1；其中，X为外界边框的长度值，当然此处也可替换为给出外界边框的宽度值。

S3：系统输出最佳外界边框尺寸取值区间；具体地，按照给定的MFU值、外界边框尺寸值、整晶圆的基础参数等计算不同MFU值下有效芯片面积利用率SAR值，进而得到不同MFU值下最佳外界边框尺寸取值区间（多个MaxSAR对应的外界边框尺寸取值区间），本示例不同MFU取值下最优有效芯片面积利用率MaxSAR对应的外界边框尺寸取值区间与最小有效芯片面积利用率MinSAR对应的外界边框尺寸取值区间如表1-1、表1-2所示：

表1-1 MFU为51%时MaxSAR、MinSAR对应的最佳外界边框尺寸取值区间表

表1-2 MFU为52%时MaxSAR、MinSAR对应的最佳外界边框尺寸取值区间表

S4：根据最佳外界边框尺寸取值区间生成设计外界边框（最佳外界边框），放入芯片版图数据；具体地，参考给定最佳外界边框，放入芯片实际组合参数（芯片版图数据），得到芯片分布图如图3所示，图中1表示外界边框，2表示芯片。更为具体地，本示例中最优边界边框的尺寸为（16.28，25.55），SAR值为全域内最优有效芯片面积利用率MaxSAR的值：83.08%，MFU满足区间取值为50%。相较于同面积下MinSAR值为66.74%，提升了16.3个百分点，即晶圆上增加16.3个百分点的面积提供给有效获取的芯片使用。与此同时，在所有最优SAR集合内，全系列MFU取最大值与最小值差别达到了17.43个百分点，计算结果如表2-1所示：

表2-1 有效芯片面积利用率差值计算结果表

S5：根据实际放入的芯片版图数据微调外界边框，确认是否处于最佳外界边框尺寸取值区间，若否，根据最佳外界边框尺寸取值区间微调外界边框尺寸，否则以当前外界边框输出流片拼版设计版图。具体地，在放入实际芯片版图数据后，结合项目工艺特殊需求，可无需改动外界外框，以保留外界外框的最优值。

在另一示例中，本发明还包括一种终端，与上述任一示例或多个示例组成的基于外界边框设计的拼版设计方法具有相同的发明构思，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述基于外界边框设计的拼版设计方法的步骤。处理器可以是单核或者多核中央处理单元或者特定的集成电路，或者配置成实施本发明的一个或者多个集成电路。

在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：其包括以下步骤：

计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率SAR，进而得到多个最优有效芯片面积利用率MaxSAR，根据多个最优有效芯片面积利用率MaxSAR进而确定对应的最佳外界边框尺寸取值区间；

根据最佳外界边框尺寸取值区间生成外界边框的边界，并将芯片版图数据放入外界边框中，输出流片拼版设计版图；

有效芯片面积利用率SAR表征在芯片地图上搜索的完整曝光面积占整晶圆面积的比率；

最优有效芯片面积利用率MaxSAR指最大有效芯片面积利用率MaxSAR。

2.根据权利要求1所述的基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：所述计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率SAR前还包括：

在曝光面积允许的范围内，以预设步进遍历外界边框尺寸所有取值。

3.根据权利要求1所述的基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：所述有效芯片面积利用率SAR计算式为：

SAR=(n*Ses/Swc)*100%

其中，n表示整晶圆的完整曝光个数；Ses表示单次曝光区域；Swc表示整晶圆面积。

4.根据权利要求3所述的基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：所述计算不同外界边框尺寸值下的有效芯片面积利用率SAR包括以下子步骤：

获取整晶圆的基础参数以及当前外界边框尺寸值；

计算完整曝光个数n；

根据有效芯片面积利用率SAR计算式计算得出有效芯片面积利用率SAR。

5.根据权利要求4所述的基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：所述整晶圆的完整曝光个数n计算式为：

其中，i表示记录循环次数的变量；int表示向下取整；R表示整晶圆半径；x，y分别表示单次曝光区域的长度值和宽度值。

6.根据权利要求5所述的基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：所述方法还包括评价步骤：

所述单次曝光区域为曝光区域内芯片版图区域与强制预留图形区域之和，将强制预留图形面积占整体芯片版图面积的比例定义为PR，根据PR对芯片版图进行评价，输出最优芯片版图数据。

7.根据权利要求1所述的基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：所述最佳外界边框尺寸取值区间为不同光掩膜版有效利用比率MFU取值下，相等面积对应的最佳外界边框尺寸取值区间。

8.根据权利要求1所述的基于外界边框设计的拼版设计方法，其特征在于：所述输出流片拼版设计版图步骤前还包括：

根据实际放入外界边框中的芯片版图数据确认当前外界边框尺寸是否处于最佳外界边框尺寸取值区间，若否，根据最佳外界边框尺寸取值区间微调外界边框尺寸。

9.一种芯片，其特征在于：所述芯片根据权利要求1-8任一项所述基于外界边框设计的拼版设计方法制备得到。

10.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于：所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1-8任意一项所述基于外界边框设计的拼版设计方法的步骤。

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